一种基于ARM平台的4G/5G双通道无线通讯的光伏数据采集器的制作方法

本发明涉及一种数据采集器，具体设计一种基于arm平台的4g/5g双通道无线通讯的光伏数据采集器。

背景技术：

伴随全球能源结构的转型，分布式可再生新能源的占比逐渐加重。在国内，尤其是在太阳能领域，光伏发电分布式能源发展迅速，融入其他领域的“光伏+”系统(例如：“光伏+建筑”“光伏+农业”和“光伏+交通”等)也逐渐盛行。光伏数据对于供应运营商和用户都十分重要，如发电量、发电效率和设备运行情况等都是供应商和用户重点关注的信息，因此高效收集这些数据就尤为重要。

目前，现有的分布式光伏系统数据采集器在采集逆变器、汇流箱等设备信号后，将信号传输至数据处理模块，经信息存储，以基于2g网络的gprs模式将数据传输至平台。其中有如下几点缺陷：

1.以gprs为承载网，网络单一，传输速率低，实时性差；

2.通道单一，无法实现多平台数据共享；

3.应用环境适应局限，依赖当地运营商的网络覆盖；

4.无数据保密性可言；

5.2g基站的运营商维护成本上升，面临退网；

6.用户对数据的实时性、稳定性、投入成本要求日益严苛；

7.国家对4g/5g的网络建设和推广日益重视；

还有由于安装环境的多变性，以及用户需求的不确定性，甚至运营商的网络覆盖与流量支持，导致很难实现使用某一种网络制式来实现数据可靠且稳定地传输到指定服务器。

随着网络环境的日益复杂，用户越来越对数据的保密性与定制私有化的要求越来越多，不仅要满足底层用户的需要，更要满足第三方质检机构的需求。专网专卡的需求出现使得只使用一种网络的传输无法同时满足数据多路传输的保密性。

因此，开发一种4g/5g无线通讯分布式光伏系统数据采集器势在必行。

技术实现要素：

本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种基于arm平台的4g/5g双通道无线通讯的光伏数据采集器，本发明的采集器可实现4g/5g网络下高速的双通道的数据采集传输，不受网络制式和不同设备协议限制进行不同的设备数据采集，并能将采集数据同时发送给不同平台共享，兼有数据追溯功能。

一种基于arm平台的4g/5g双通道无线通讯的光伏数据采集器，包括电源模块、cpu模块、光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块，其特征在于：所述电源模块分别与cpu模块、光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块连接；所述cpu模块分别与光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块连接；所述光伏系统设备信号采集模块分别与数据处理模块、存储模块连接；所述数据处理模块分别与存储模块连接，cpu模块基于在arm平台上设计。

所述电源模块为采集器提供直流电源供电系统。

cpu模块实现对光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块和4g/5g通讯模块的进程调度、线程监控、以及资源分配。

光伏系统设备信号采集模块通过rs485、rs422或rs232串口总线连接到逆变器、直流汇流箱、环境监测仪、摄像头和升压变压器，基于标准modulebus协议或用户自有协议完成信号采集。

数据处理模块通过fsmc总线连接存储模块，完成对采集到的原始数据进行处理，并将处理后的结果储存至存储模块。

存储模块完成对所有原始数据和经处理数据的存储。

4g/5g通讯模块通过usart总线与cpu模块连接，完成采集数据转发、服务器指令下发的接收，以及与基站远程无线的数据交互。

所述的4g/5g通讯模块远程传输，通过建立两路相互独立的链路，一路通过4gmodule电路传输到指定服务器ⅰserver1，或通过arm平台的stm32单片机的底层配置服务器指向到服务器ⅲserver3；另一路通过5gwifimodule电路与5g路由器建立链接，传输到指定服务器服务器ⅱserver2，或通过arm平台的stm32单片机的底层配置服务器指向到服务器ⅲserver3。

所述的4gmodule电路支持lte-fdd、lte-tdd、dc-hspa+、hspa+、hsdpa、hsupa、wcdma、td-scdma、cdma、edge和gprs网络频段的数据连接；5gwifimodule电路支持2.4ghz和5ghz网络频段的数据连接。

采用4g/5g流量优化模式设计，采集器读取逆变器数据，根据逆变器中的工作模式字段判断逆变器是否处于正常工作状态，若处于正常工作状态，则按预置的上传频率上传数据，若处于非正常工作模式，则根据预置的优化上传频率上传逆变器数据以节省流量，优化上传频率可通过at命令配置。

本发明具有以下特点：

1.率先基于4g/5g网络制式下，传输速率块，实时性好。

2.通过4g/5g双通道传输设计，多制式运营商网络频段，支持双路不同频段传输，实现多平台数据的高速传输和实时共享。

3.可以根据当地运营商的覆盖选择对应的网络和数据卡。

4.建立两个独立的网络，一路专网“4gmodule电路”，实现支持专网环境下的应用，为特殊用户群体定制；一路公网“5gwifimodule电路”，实现支持公网环境下的应用，为大部分用户群体共享资源。

5.有流量优化功能，满足用户对降低成本需求。

6.跟上国家对网络布局发展战略步伐。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的双通道设计电路原理图。

图3为本发明的通讯模块采用多制式多频段进行通讯流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。本发明所用的电源模块、cpu模块、光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块均为现有结构，直接购买。

如图1～图3所示，本发明一种基于arm平台的4g/5g双通道无线通讯的光伏数据采集器，包括电源模块、cpu模块、光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块，其特征在于：所述电源模块分别与cpu模块、光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块连接；所述cpu模块分别与光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块、4g/5g通讯模块连接；所述光伏系统设备信号采集模块分别与数据处理模块、存储模块连接；所述数据处理模块分别与存储模块连接，cpu模块基于在arm平台上设计。

所述电源模块为采集器提供直流电源供电系统。cpu模块实现对光伏系统设备信号采集模块、数据处理模块、存储模块和4g/5g通讯模块的进程调度、线程监控、以及资源分配。光伏系统设备信号采集模块通过rs485、rs422或rs232串口总线连接到逆变器、直流汇流箱、环境监测仪、摄像头和升压变压器，基于标准modulebus协议或用户自有协议完成信号采集。

数据处理模块通过fsmc总线连接存储模块，完成对采集到的原始数据进行处理，并将处理后的结果储存至存储模块。存储模块完成对所有原始数据和经处理数据的存储。

4g/5g通讯模块通过usart总线与cpu模块连接，完成采集数据转发、服务器指令下发的接收，以及与基站远程无线的数据交互。如图2所示，所述的4g/5g通讯模块远程传输，通过建立两路相互独立的链路，一路通过4gmodule电路传输到指定服务器ⅰserver1，或通过arm平台的stm32单片机的底层配置服务器指向到服务器ⅲserver3；另一路通过5gwifimodule电路与5g路由器建立链接，传输到指定服务器服务器ⅱserver2，或arm平台的通过stm32单片机的底层配置服务器指向到服务器ⅲserver3。基于arm平台的stm32单片机跑freertos操作系统，不仅可以多线程处理任务，实时性高，主频高达120mhz。stm32单片机的cpu一路线程开给4gmodule电路这一路，另一路开给5gwifimodule这一路，提升双通道的实时性。所述的4gmodule电路支持lte-fdd、lte-tdd、dc-hspa+、hspa+、hsdpa、hsupa、wcdma、td-scdma、cdma、edge和gprs网络频段的数据连接，实现支持2g、3g和4g网络，同时支持联通、移动、电信三大运营商的电话卡，满足在不同地区下的使用，为用户提供多种选择方案；5gwifimodule电路支持2.4ghz和5ghz网络频段的数据连接，满足不同频段下的组网与数据交互，节省流量资费，为用户节省流量成本。采用4g/5g流量优化模式设计，采集器读取逆变器数据，根据逆变器中的工作模式字段判断逆变器是否处于正常工作状态，若处于正常工作状态，则按预置的上传频率上传数据，若处于非正常工作模式，则根据预置的优化上传频率上传逆变器数据以节省流量，优化上传频率可通过at命令配置。当然，采集器还可以读取直流汇流箱、环境监测仪、摄像头和升压变压器相关数据进行上传或优化上传频率。

本发明由于优先采用4g/5g通讯模块进行双通道无线通讯，当用户对于不确定因素都不是很理解的情况，采集器根据应用场景的自我选择，当电话卡资费过高或者停机欠费，采集器的通信方式可以智能切换到“5gwifimodule电路”模式进行数据交互传输；当5gwifi网络不稳定的时候，采集器的通信方式可以智能切换到“4gmodule电路”模式；当“4gmodule电路”模式和“5gwifimodule电路”模式都出现异常时候，采集器的通信方式可以智能切换到有线网络传输方式。多路通信的智能选择可以大大提高采集器的在线率。

如图3所示，本发明的4g/5g通讯模块采用多制式多频段设计流程图。说明1、中国运营商主要分为：电信、移动、联通。说明2、无线网络分为：2g、3g、4g、和5g(5g-wifi)等。

多制式多频段无线网络注册切换流程如下：

(1)程序执行对无线网络选择的判定流程，首选是针对运营商无线网络的连接方式选择，可以手动切换运营商的无线网络，也可以自动切换运营商的无线网络。

手动切换运行商：假如选择了某家运营商无线网络信息(例如移动4g)，采集器连接该无线网络，并请求注册，如果成功后将读取电话卡信息。如果注册不成功，则请求切换到其他家运营商无线网络进行注册(例如移动5g、电信5g等)。

自动切换运行商：连接运营商无线网络为随机选择，根据最新获得(假如电信4g)的无线搜索信息进行配网注册，如果注册成功后将读取电话卡信息。如果注册不成功，则会切换到下一个运营商无线网络进行注册(例如移动5g、电信5g等)。

(2)根据连接的运营商和网络，通过sim信息就可以注册网络，无线传输数据到服务器。

本发明通过分布式光伏系统满足不同地域的基站覆盖，不同地域的运营商，不同多点远距离数据高速可靠传送要求，使用支持多制式多频段的无线数据传输模块更省资源。不仅可满足不同场景下流量限制、专网限制等的需求，克服了常规模块单一上传模式，还能适应4g和5g高速传输网络模式，大大增加了模块的适用环境。